丁香酚在生物质半焦催化下的转化行为

以不同热解温度下制备的生物质半焦作为催化剂,在二段固定床反应器中考察木质素模型化合物(丁香酚)的转化行为,利用气相色谱质谱仪分析液体产物的成分及含量,进而考察催化反应过程中的转化路径;通过对催化反应前后的半焦结构表征,探究其结构变化对催化作用的影响.结果表明,热解温度400℃时制备的半焦(400BC)能够显著促进丁香酚...     

生物质原料的Ni催化石墨化研究

分别以纤维素、木质素、杉木屑与核桃壳为原料,经过炭化后在Ni的催化作用下于1 400℃下进行了石墨化反应,并以X射线衍射(XRD)、Raman光谱和高分辨率透射电镜(HRTEM)分析了产物的石墨化程度。研究结果表明:纤维素在生物质的石墨化过程中起主要作用,在相同处理条件下,由纤维素得到的产物石墨化程度最高,由木质素得到的产物石墨化程度最低,杉木屑和核桃壳2种生物质原料得到的产物石墨化程度介于纤维素和木质素之间,不同原料石墨化程度的显著差异可能是由于原料结构的差异造成的。同时电导率测试结果表明:20 MPa条件下,由纤维素得到的产物的电导率为54 S/cm,而由木质素得到的产物仅为31 S/cm,与石墨化程度的高低相对应。纤维素/木质素混合物的石墨化程度介于纤维素和木质素之间,两者不同质量比对混合物的石墨化程度影响不大。     

生物质焦油催化裂解催化剂的研究进展

生物质能源的高效利用可以有效缓解能源危机,改善生态环境。在生物质热解过程中会产生焦油堵塞设备,造成能量损失,从而影响生物质在工业中大规模使用。在常见生物质能源利用技术中,催化裂解技术可以有效去除焦油并提高可燃气体产量。综述了国内外生物质焦油催化裂解的研究,并对天然矿石类催化剂、碱金属催化剂、非镍金属催化剂、镍基催化剂的催化活性、反应稳定性以及经济效益等进行了讨论。针对镍基催化剂易失活的问题,介绍了通过选择更优的载体,添加不同的助剂对镍基催化剂进行改性,以提高催化剂的催化活性和反应稳定性的相关研究,旨在为制备出更经济高效的催化剂提供研究思路。     

新鲜生物质催化热解特性的研究

采用TG/DTG/DTA技术考察了新鲜小麦秸秆(WS)和玉米秸秆(CS)以K2CO3、Na2CO3、ZnCl2和CaO为催化剂时的热解特性,分析了新鲜生物质的热解特性,催化剂种类及用量对新鲜生物质热解特性的影响。结果表明,新鲜生物质的热解特性优于存放一定时间的生物质;加入催化剂后新鲜生物质的热解挥发分在不同温度区间重新分配,主要热解区间向低温推移,生物质的热解挥发分产率增加;其中CaO对于提高热解挥发分产率最有利;K2CO3和Na2CO3对生物质热解特性的影响规律一致;随着K2CO3用量增加,热解挥发分产率增加,起始热解温度向高温推移,主要热解区间温度降低,K2CO3用量为10%～15%时对生物质的热解最为有利。     

麦秸半焦低温催化气化实验研究

以麦秸半焦为研究对象,比较麦秸半焦和酸洗麦秸半焦700℃下水蒸气气化实验,研究了麦秸灰分中碱金属含量、催化剂种类(K基、Ca基和Fe基)对气化过程的影响。实验结果表明,麦秸灰分中较高含量的碱金属K能够有效促进半焦气化的进行,使得在非催化条件下半焦的碳转化率达到63.4%,相比酸洗麦秸半焦提高了2.6倍。低温下碱金属K基催化剂对半焦气化的促进作用显著,在700℃和K/Al催化剂条件下H2产率和碳转化率分别达到118.60 mol/kg和98.5%,相较于Ca/Al、Fe/Al催化剂而言,H2产率分别提高了10.7%和20.5%,碳转化率提高了12.4%和31.0%;而Ca/Al及Fe/Al催化剂有利于水气变换反应的进行,可提高气化产物中H2体积分数,降低CO体积分数。综合考虑碳转化率、气体产率及气体组分含量等因素,在催化效果较好的K基催化剂中添加适量的Ca基催化剂有利于调节产气成分,从而进一步提纯获得富氢气体。     

β-O-4型木质素二聚体热解历程的密度泛函理论研究

为了解木质素的热解机理,利用密度泛函理论B3LYP方法,在6-31++G(d,p)基组水平上对含有C_α位羰基的β-O-4型木质素二聚体模型化合物(3-羟基-1-(4-羟基苯基)-2-苯氧基-1-丙酮)的热解过程进行了理论计算和分析。结果表明,C_α位上的羰基取代基可大大降低C_β—O的键解离能,提高C_α—C_β的键解离能,使得C_β—O的键解离能比C_α—C_β低91.5 k J/mol,因此该二聚体主要通过C_β—O键均裂的方式发生热解反应,其主要酚类热解产物是苯酚和4-羟基苯甲醛,次要产物是4-羟基苯乙酮,生成4-羟基苯甲醛的动力学最优路径是R7-a,其反应能垒为236.6 k J/mol。     

β-5型木质素模型化合物热解机理研究

木质素作为三维网状无定形高聚物,其化学结构非常复杂。为探究热解过程中产物的分布及形成路径,利用PyGC/MS联用仪在不同的热解温度下对软木木质素中最典型的C—C键(β-5型)模型化合物的热解产物进行详细研究。结果表明:β-5型化合物在低温下主要发生C—O键的开环断裂,热解产物仍以二聚体的酚类和酮类化合物为主。随着热解温度的升高,二聚体继续发生二次裂解反应,形成大量的小分子芳香族化合物,相对含量约占15%～30%;当热解温度为900℃时,热裂解生成的化合物之间能够通过缩聚反应形成萘和茚,其相对含量约占产物含量的9%。同时,反应路径也进一步揭示了热解过程中的转化机理。     

生物质热解气化产物中焦油的催化裂解研究

采用东北杨木屑为原料,在固定床二级催化裂解反应器上,试验了不同产地白云石催化作用下的焦油催化裂解过程,并对裂解温度和催化剂类型、反应停留时间等参数对焦油转化效果和热解可燃气的影响进行了分析。实验结果表明:裂解温度越高、停留时间越长、焦油的裂解效果越好,裂解温度达到1 000℃时,焦油的催化裂解率达到98.99%,不同产地白云石的催化裂解效果是有明显差异的,陕西产白云石在裂解温度900℃时裂解率达到95.14%。决定白云石催化裂解效果优劣的最重要的因素是白云石煅烧处理后比表面积的大小,比表面积越大,催化效果越好。要想得到好的焦油裂解效果,须选择高比表面积的白云石。     

木质素模型化合物电化学催化研究

催化加氢脱氧是实现木质素提质的重要方式.笔者采用流动电催化技术对木质素模型化合物进行加氢脱氧研究.以磷酸为阳极电解液,铂片电极为阳极电极,杂多酸磷钨酸为阴极电解液,石墨棒电极为阴极电极,构建炭载催化剂直接分布在阴极电解液中的流动电催化体系.考察了不同炭载催化剂(Pt/C、Pd/C、Ru/C、Rh/C)、反应时间、温度以...     

生物质基含氧化合物加氢脱氧反应的研究进展

在制备生物燃料过程中,降低原料中氧含量并提高氢碳比非常重要,而加氢脱氧反应则是该过程的关键。从加氢脱氧的基元反应出发,着重依据含氧化合物结构差异和催化体系的不同来综述加氢脱氧的研究进展,以期为寻找一种高效、绿色、经济、可持续地将生物质转化为生物燃料的催化体系提供参考。     

生物质热解半焦炭的反应性研究

建立了一种新的快速等温测定半焦炭 -CO2反应性实验方法.在800 ℃下分别测定由落下床得到的生物质快速热解半焦炭和由钢甑得到的生物质慢速热解半焦炭与CO2气化反应的速率常数,以此作为半焦炭反应性的评价指标.作为对比研究,同时测定了木炭、石油焦和冶金焦的反应性,并考察了半焦炭比表面积和反应性的关系.实验结果表明,改进的等温测定半焦炭 -CO2气化反应性实验方法具有快速、简便的优点,能准确反映半焦炭反应性变化的趋势.生物质热解半焦炭具有良好的反应性,是优质的气化和燃烧原料.在实验温度范围内,生物质半焦炭的反应性随热解温度的升高而呈增大趋势.生物质半焦炭的比表面积也随着热解温度增大而呈增加趋势,但增幅不大.     

生物质热裂解反应器对镍/木炭催化剂重复使用过程中积炭的影响研究

为了研究生物质热解气化过程中,反应器类型对镍基催化剂的积炭和使用寿命的影响,以杉木屑为原料,研究了Ni/木炭催化剂分别在二段式和三段式热裂解反应器内重复使用次数对杉木屑热裂解产物及其催化剂质量的影响规律。结果表明:在杉木屑热裂解过程中,Ni/木炭催化剂上会同时发生炭的沉积和炭的氧化消耗2个过程,其质量的变化受这2个过程共同的影响,且镍基活性中心上的积炭比载体木炭更难以被氧化消耗。沉积在Ni/木炭催化剂上的炭主要是以纳米碳纤维的形式存在,且纳米碳纤维覆盖在金属镍上。在二段式反应器中,催化剂的质量是先减少,然后增加,再减少;而在三段式中,则是不断减少。采用三段式生物质热裂解反应器不仅可以显著延长Ni/木炭催化剂的使用寿命,而且可以充分利用热解气化过程所产生的副产物固体炭,从而降低生物质热解气化的催化剂使用成本。     

木质纤维生物质的电化学催化研究进展

电催化是一种可以将电能转化为化学能的清洁、高效转化技术。在生物质精炼的各种策略中,电催化主要通过电子从电极表面转移到反应底物,在阳极和阴极分别发生氧化和还原反应,将生物质衍生物转化为高附加值的产品。总结了几种代表性的木质纤维生物质衍生物,如糠醛、5-羟甲基糠醛(HMF)、木质素及其衍生物等,通过电催化反应转化为高附加值化学品的最新进展。其中,在生物质衍生物的电还原反应中,糠醛的电还原产物主要是糠醇和2-甲基呋喃,HMF的电还原产物主要包括2,5二甲基呋喃和2,5-二羟甲基四氢呋喃等;酚类化合物通过加氢脱氧可还原为高碳氧比、稳定的芳香烃类化学品;在生物质衍生物的电氧化反应中,糠酸是糠醛主要的电氧化产物,HMF主要的电氧化产物是为2,5-呋喃二羧酸;木质素可以通过电催化氧化转化为香兰素、愈创木酚等。讨论了电催化过程中的催化剂和反应参数(如电极电位、pH等)对生物质衍生物电催化效率的影响以及相应的反应机理,并对电催化应用于生物质高值化利用领域的发展趋势进行了展望。     

转锥式生物质热解液化装置的实验研究

介绍了自行研制的转锥式生物质闪速热解液化装置原理及结构,并以玉米秆作为实验材料,详细说明了该装置热解液化生产生物质油的过程及相关工艺参数。     

生物质快速热解装置主反应器的研究现状

阐述了现有的生物质热解液化技术中主反应器的研究现状,分析了相应的优势与不足。介绍了在以转锥式快速热解液化设备所做的实验中所总结的问题及经验,提出了未来需要研究的问题,并预测了今后的研究方向,为生物质新能源的研究开发及生产探索了新的途径。     

生物质固体废物热解炉的研究开发

生物质能的开发和利用可缓解当今常规能源短缺和环境污染所带来的压力,热解气化技术可以大大提高生物质能的利用效率.在目前,一般生产可燃气的民用型生物质热解炉主要存在下述问题:产气率低、热值低、焦油含量高、可靠性低、运行参数待优化、燃气安全性低、环境污染等.为克服这些问题,通过热解炉模型试验研究,优化现有生物质热解装置工艺的结构及非结构参数,以提高其热解产品的产量和质量,降低生产成本.     

β-O-4型木质素模型化合物的合成及其在GIF型仿酶降解体系中的变化(Ⅱ)

深入研究β-O-4型木质素模型化合物——愈创木基丙三醇-β-愈创木基醚的合成新路线，并利用红外光谱和核磁共振谱对其化学结构进行了分析。采用由Cu^2 吡啶／过氧化氢组成的GIF(GIF-sur-YVETTE)型仿酶体系对这一木质素模型物进行了仿酶降解的研究，并采用GC-MS、^13C NMR等方法分析了该β-O-4型木质素模型化合物在降解过程中的结构变化，在此基础上对这种仿酶降解的机理进行了探讨。研究结果表明：利用溴化铜对4-乙酰基愈创木酚进行溴化后很容易得到4-(α-溴化乙酰基)-愈创木酚中间体，从而提高了合成愈创木基丙三醇-β-愈创木基醚的效率。GIF仿酶降解体系对β-O-4型木质素模型物有较强的碎解能力，降解后产生一系列含羟基、醛基和羧基的芳香族低分子化合物，根据反应产物的结构可以说明β-O-4型木质素模型化合物的主要降解途径为：β-O-4醚键断裂、Cα-Cβ键断裂、Cβ-Cγ键断裂。本研究为该仿酶降解体系在无污染漂白工业上的应用提供理论依据。     

生物质催化转化制备生物基航空燃料的研究进展

生物质催化转化是制备高品质生物基航空燃料和解决能源危机的主要途径,本文从现有的生物基航空燃料的制备方法出发,从适应需求的原料和技术路线的角度,概述了油脂、木质纤维、糖类等不同的原料所需的技术路线和催化体系,以及加氢脱氧、费-托合成、羟醛缩合、烯烃齐聚等不同技术路线所用的催化剂,同时对反应条件以及反应机理进行优化和探索,并指明催化转化过程中存在成本高、工艺和转化机理复杂(高温和高压)、H₂用量高、目标产物的选择性较差以及催化剂失活等问题。最后,针对各种原料、技术路线的优缺点以及面临的问题,提出了建议并展望其未来发展方向。     

层式下吸式气化炉中单颗粒生物质的热解模型

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法(TDMA)和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献中的试验结果对模型进行了验证,表明该模型能够较好地预测2种环境下颗粒内部不同位置的温度和热解速率;利用该模型对有焰热解区的生物质颗粒的热解过程进行了模拟分析。结果表明,层式下吸式气化炉有焰热解环境的传热参数为:对流换热系数(hs)为80.4 W/(m2·K)、炭的发射率(ε)为0.792。有焰热解过程中,颗粒内部的温度变化趋势与外部相反;颗粒的平均热解时间比普通无氧热解环境下缩短了16.52%;颗粒的升温速率为182.5 K/min,属于快速热解;随着有焰热解区火焰温度的升高,完全热解所需要的时间逐渐缩短,炭产量从16.92%逐渐降低到13.97%;随着颗粒直径的增加,热解时间逐渐增大,炭产量增加;有焰热解区的高度在6.59~44.1 mm范围内,相当于1.1~2.2个颗粒直径。     

ZRS200型锥式生物质闪速热解装置液化冷凝技术的研究

在介绍我国生物质能利用现状的基础上,阐述了ZRS200型锥式生物质闪速热解装置的工艺流程,着重对该装置的液化冷凝技术进行了研究分析,并对其主要部分进行了理论计算和结构设计。